PDSC法研究抗氧劑與金屬清凈劑在潤(rùn)滑油中的復(fù)配使用規(guī)律

李濤,薛衛(wèi)國(guó),劉玉峰

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

潤(rùn)滑油失效的一個(gè)主要原因是發(fā)生氧化降解，氧化安定性是潤(rùn)滑油的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它決定潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中是否容易變質(zhì)，直接影響潤(rùn)滑油的使用壽命和高溫性能。目前生產(chǎn)的潤(rùn)滑油中至少添加一種抗氧劑來(lái)提高其氧化安定性。PDSC是一種評(píng)價(jià)油品熱氧化和抗氧劑性能的新興快捷技術(shù)，PDSC通過(guò)加壓提升沸點(diǎn)，從而有效減少添加劑和基礎(chǔ)油的輕組分揮發(fā)損失而造成的實(shí)驗(yàn)誤差，且在相同的溫度條件下，這種方法增加了樣品中的氣體飽和度，可以在較低的測(cè)試溫度或較短的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果。

潤(rùn)滑油氧化安定性的評(píng)價(jià)方法較多，如汽輪機(jī)油穩(wěn)定性試驗(yàn)(TOST)ASTM D943、旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)(ASTM D2272),但是這些方法都存在著樣品用量大，操作繁瑣，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，加壓差示掃描量熱法(PDSC)具有用樣少、快速、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油氧化安定性，篩選配方的一種有效的方法，已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道[1-5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

TA DSC Q2000差示掃描量熱儀(美國(guó))。

25B-19型板式成焦板試驗(yàn)機(jī)(日本)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 PDSC恒溫法

加熱PDSC儀測(cè)試池至規(guī)定的溫度，溫度平衡后通入一定壓力的高純氧(99．995%)。PDSC儀測(cè)試池保持在規(guī)定的溫度和壓力直至氧化放熱反應(yīng)發(fā)生，最后測(cè)定外推拐點(diǎn)時(shí)間，以此作為潤(rùn)滑油在規(guī)定試驗(yàn)溫度下的氧化誘導(dǎo)期(OIT)。氧化誘導(dǎo)期越長(zhǎng)，表明該樣品氧化安定性越好。測(cè)試條件：溫度180 ℃ ，氧氣壓力為(3.5±0.2) MPa，氧氣流速為100 mL/min，樣品皿為Φ6 mm開(kāi)口鋁皿，樣品用量(3.0±0.2) mg。

1.2.2 內(nèi)燃機(jī)油成焦試驗(yàn)法

用25B-19型板式成焦板試驗(yàn)機(jī)間歇攪拌(開(kāi)15 s，停45 s)，試驗(yàn)用油300 mL，板溫320 ℃，油溫100 ℃，試驗(yàn)時(shí)間3 h，記錄成焦量。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)中所用各種添加劑及基礎(chǔ)油的基本性能參數(shù)

實(shí)驗(yàn)中選用了4種金屬清凈劑和2種抗氧劑，復(fù)配調(diào)于加氫基礎(chǔ)油中，利用恒溫法(180 ℃)對(duì)油品的氧化安定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，利用成焦試驗(yàn)法對(duì)油品的清凈性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。見(jiàn)表1，表2，表3。

表1 實(shí)驗(yàn)用金屬清凈劑的典型數(shù)據(jù)

注：烷基水楊酸鈣A和烷基水楊酸鈣B是以苯酚為初始原料，經(jīng)烷基化、中和、羧酸化、酸化等多道工序制得烷基水楊酸，再通過(guò)中和反應(yīng)和高堿度反應(yīng)制得；烷基水楊酸鈣C是以水楊酸和長(zhǎng)鏈α-烯烴為原料，催化劑作用下通過(guò)直接烷基化反應(yīng)制備烷基水楊酸，再經(jīng)過(guò)金屬化工藝制得，此工藝在本文中稱為新工藝。

表2 實(shí)驗(yàn)用抗氧劑的結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)

表3 實(shí)驗(yàn)用加氫基礎(chǔ)油的典型數(shù)據(jù)

2.2 單獨(dú)胺類/酚類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配時(shí)油品的抗氧化性能及清凈性能評(píng)價(jià)

將金屬清凈劑以1.0%的加量，抗氧劑以0.5%的加量，分別復(fù)配調(diào)于加氫基礎(chǔ)油中，利用恒溫法(180 ℃)對(duì)油品的氧化安定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖1。用板式成焦試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)了油品的清凈性能，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 酚/胺抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配抗氧化性能評(píng)價(jià)

圖2 酚/胺抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配清凈性能評(píng)價(jià)

從圖1的氧化誘導(dǎo)期的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)油選用的幾種金屬清凈劑與抗氧劑胺A復(fù)配使用可以明顯地提高油品的氧化誘導(dǎo)期，且高堿值烷基水楊酸鈣B與C與胺A的復(fù)配效果更好，尤其是新工藝制備的烷基水楊酸鈣C與胺A復(fù)配的效果更好，這可能是因?yàn)閭鹘y(tǒng)工藝制備的產(chǎn)品中烷基苯酚的殘留量高，影響了產(chǎn)品的性能。抗氧劑酚A與選用的幾種金屬清凈劑復(fù)配后油品的氧化誘導(dǎo)期變化不大。烷基苯磺酸鈣A與酚A共同使用效果不佳，與胺A一起對(duì)油品的抗氧化性能有一定的提升，不是很突出。所以在油品中烷基水楊酸鈣金屬清凈劑(特別是成分較純的新工藝制備的產(chǎn)品)與抗氧劑胺一起使用對(duì)油品的抗氧化性能有很大的提升。

從圖2的清凈性能的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，胺類抗氧劑對(duì)油品的清凈性能是有負(fù)面影響的，但是胺類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配后，油品的清凈性能整體變好，酚類抗氧劑與水楊酸鈣金屬清凈劑共同使用時(shí)對(duì)油品的清凈性能的改善有積極的作用，但是與烷基苯磺酸鈣共同使用時(shí)，會(huì)使油品的清凈性能變差。所以不推薦油品配方中使用單一的抗氧劑，以及單一地使用酚類抗氧劑與磺酸鈣類清凈劑。

2.3 胺類、酚類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配時(shí)油品的抗氧化性能及清凈性能評(píng)價(jià)

從前面2.2考察的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出在油品中使用胺類抗氧劑與烷基水楊酸清凈劑較好，但是這兩類添加劑成本較高(與酚類抗氧劑及磺酸鈣金屬清凈劑相比)，因此分別研究了兩種金屬清凈劑復(fù)配使用與兩種抗氧劑復(fù)配使用時(shí)油品的抗氧化性能及清凈性能，將金屬清凈劑以1.0%的加量，酚A以0.2%的加量，胺A以0.3%的加量分別復(fù)配調(diào)于加氫基礎(chǔ)油中，利用恒溫法(180 ℃)對(duì)油品的氧化安定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖3。用板式成焦試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)了油品的清凈性能，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 抗氧劑酚、胺與金屬清凈劑抗氧化性能評(píng)價(jià)

圖4 抗氧劑酚、胺與金屬清凈劑復(fù)配清凈性能評(píng)價(jià)

圖3結(jié)果充分表明了抗氧劑的協(xié)同作用，受阻酚A與胺A抗氧劑復(fù)合使用，其效果和效應(yīng)一般優(yōu)于單獨(dú)一個(gè)抗氧劑。胺類抗氧劑由于生產(chǎn)原料及技術(shù)的限制，生產(chǎn)成本較高，因此在配方體系中可以選擇酚胺、烷基水楊酸鈣復(fù)配使用的體系來(lái)提高油品性能。

從圖4的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出酚胺復(fù)配使用會(huì)增加油品的成焦量，單獨(dú)使用胺類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配似乎對(duì)油品的清凈性能更好，而且烷基水楊酸鈣C表現(xiàn)出來(lái)與其他抗氧劑的協(xié)同作用效果較好。

3 結(jié)論

(1)酚胺復(fù)配使用后會(huì)明顯地提高油品的抗氧化性能；酚胺、烷基水楊酸鈣復(fù)配使用可以提高油品抗氧化性能，但是會(huì)使油品的清凈性能略微變差。

(2)烷基水楊酸鈣C單劑及與抗氧劑復(fù)配使用時(shí)，在抗氧化和清凈性方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，說(shuō)明烷基水楊酸鈣C本身具備優(yōu)異的性能。

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